JP2007308786A

JP2007308786A - 等方圧加圧装置

Info

Publication number: JP2007308786A
Application number: JP2006141903A
Authority: JP
Inventors: Takanori Yamauchi; 孝紀山内; Yasuhide Miyashita; 泰秀宮下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: KR100871952B1; JP4684165B2; US20070266866A1; KR20070112718A; US7584697B2

Abstract

【課題】圧媒と圧力容器の双方を効率よく加熱し、安定した温度精度で被処理材を処理することを可能とする。
【解決手段】被処理材Ｗを収容する処理室Ｒを形成する断熱体３と、該断熱体３を覆う圧力容器２と、該圧力容器２を加熱する加熱ユニット４と、該圧力容器２の内部に圧媒を供給可能な圧媒供給装置５とを備え、断熱体３と圧力容器２の間に、圧媒を導入可能な圧媒導入空間Ｓを設ける。断熱体３の上部に形成された連通孔１５ａを介して処理室Ｒを圧媒導入空間Ｓに連通し、圧力容器２の下部に形成された圧媒導入口１８を介して圧媒導入空間Ｓに圧媒供給装置５を連通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、等方圧加圧装置に関するものである。

現在、金属やセラミックス等の粉末の等方圧加圧成形のみならず、食品加工や食品の殺菌等においても圧力利用が図られており、この場合、圧力と共に温度を相乗的に作用させる処理が行われている。
この様な圧力と温度を被処理材に付与する装置として、特許文献１には、圧力容器の内部に被処理材を収容すると共に加熱された圧媒を導入し、該圧媒により被処理材に圧力と温度とを作用させることとした温間静水圧加圧装置が開示されている。
ところが、この温間静水圧加圧装置においては、圧力容器内に圧媒の循環路が形成されていない。このため、昇温時に高圧の圧媒を圧力容器内へ導入したとしても、圧力容器に形成される圧媒の導入口と吐出口の形成位置によっては、導入口から流入した圧媒が圧力容器内を循環することなく吐出口から流出してしまう虞があり、これによって所望の加熱効果を得ることができないという問題が発生する。また、圧力容器内部に断熱材が無いため、圧媒が圧力容器と熱交換して圧媒の温度が低下するという問題もある。

そこで、被処理材を収容可能な筒状のバケットを圧力容器内に配備し、バケットにより圧力容器内に圧媒の循環路を形成した温間静水圧加圧装置が提案されている（特許文献２参照）。
この温間静水圧加圧装置においては、上記特許文献１よりも昇温時に良好な加熱効果が得られるものの、圧媒の熱は、圧力容器内部に断熱材が無いために圧力容器を介して圧力容器の外部に放出されることとなり、圧力容器内の圧媒を所望の温度状態に維持することが困難となるという問題がある。また、温度の低い圧媒が昇圧時に循環しながら接触するので、温度精度が悪くなるという問題もある。

かかる問題を解決すべく、特許文献３には、被処理材を収容する処理室を断熱構造体により形成し、該断熱構造体を圧力容器内に配備することにより処理室に流入する圧媒の圧力容器外への放熱を抑制した高圧処理装置が開示されている。また、該高圧処理装置においては、ポンプによって昇圧時に圧媒を圧力容器内に圧送する際に、該圧媒は外部に設けられた加熱装置を経由して加熱されることとし、これにより昇圧過程での温度低下を防止して温度精度の向上を図っている。
特開昭６１−１２４５０３号公報特開昭６１−１２６９９８号公報特公平７−６１２３８号公報

しかしながら、特許文献３の高圧処理装置においては、被処理材を収容する断熱構造体の内部に圧媒を流入させ、断熱構造体の内部を上昇させた後に断熱構造体の上端部に形成されたスリットを介して断熱構造体と圧力容器の間の空間に流出させる構成とされているため、熱容量の大きい圧力容器に被処理材との熱交換を終えて低温となった圧媒が接することとなり、これによって圧力容器を圧媒との熱交換によって圧力容器全体を高温状態に維持することが困難となる。このため、特許文献３の高圧処理装置においては、圧力容器を高温状態に維持することにより得られる保温能力を十分に発揮させることができず、処理室内の良好な温度状態を長期に亘って維持することができないという問題がある。

そこで、本発明は、圧媒と圧力容器の双方を効率よく加熱し、安定した温度精度で、被処理材を処理することができる等方圧加圧装置を提供するようにしたものである。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、
被処理材を収容する処理室を形成する断熱体と、該断熱体を覆う圧力容器と、該圧力容器を加熱する加熱ユニットと、該圧力容器の内部に圧媒を供給可能な圧媒供給装置とを備え、前記断熱体と圧力容器の間には、前記処理室に連通し且つ圧媒を導入可能な圧媒導入空間が設けられている等方圧加圧装置において、
前記断熱体の上部に形成された連通孔を介して前記処理室に前記圧媒導入空間が連通され、前記圧力容器の下部に形成された圧媒導入口を介して前記圧媒導入空間に前記圧媒供給装置が連通されていることを特徴としている。

これによれば、圧力容器内に圧媒を導入して昇圧昇温した後、圧媒供給装置により圧媒をさらに導入して被処理材に圧力を加える場合、圧媒は、先ず圧媒導入口を介して前記圧媒導入空間に導入されることとなる。この新たに導入された圧媒が混入することにより、圧媒導入空間内に存する圧媒の温度は低下することとなるものの、圧媒導入空間が加熱ユニットにより加熱された圧力容器と断熱体の間に形成されているため、前記圧媒は熱容量の大きい圧力容器との間で熱交換を行うことにより効果的に加熱されることとなる。また、圧媒の温度が大きく降温することなく保持されることとなる。

これにより、１の加熱ユニットにより圧力容器と圧媒が効率よく加熱され、被処理材への昇温昇圧を効果的に行うことができる。
また、処理室と圧媒導入空間の間には断熱体が介在しているため、圧媒導入空間に低温の圧媒を導入する場合にも、処理室内の圧媒と圧媒導入空間の圧媒の間の熱交換は殆どない。このため、上述の如き圧媒の導入により処理室内の温度が急低下する虞はなく、処理室の温度精度を安定させることができる。
また、前記圧媒導入空間には、圧媒導入空間内の圧媒を循環させる圧媒循環装置が接続されており、該圧媒循環装置に前記圧媒を加熱可能な加熱装置が配備されていることが好ましい。

これによれば、圧媒が圧媒循環装置を循環することにより加熱されるばかりでなく、加熱された圧媒が圧媒導入空間を通過することにより、該圧媒により圧力容器も加熱されることとなる。したがって、圧力容器が加熱ユニットによって外側から加熱されるばかりでなく、圧媒によって内側からも加熱されることにより効率よく加熱され、装置の立上げ時間の短縮や通常処理におけるエネルギーの低減が可能となる。
さらに、前記圧媒循環装置は、加熱装置により加熱された圧媒を前記圧媒導入空間に導入可能な第１管路と、該圧媒を前記処理室に導入可能な第２管路と、何れか一方の管路に圧媒を供給する状態から他方の管路に圧媒を供給する状態に切換可能な切換弁とを備えていることが好ましい。

これによって、加熱した圧媒を処理室に導入することも可能となり、これにより、圧力容器だけでなく、処理室内の被処理材をも効果的に加熱することが出来る。また、処理サイクル毎に材質や形状等が異なる被処理物を処理する場合にも、圧媒導入空間及び処理室への圧媒の導入量を調整することにより処理室内の温度精度を向上させることができる。

本発明の等方圧加圧装置によれば、圧媒と圧力容器の双方を効率よく加熱し、安定した温度精度で、被処理材を処理することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
〈第１の実施の形態〉
本実施の形態の等方圧加圧装置１は、被処理材Ｗに１００℃〜３００℃の温度領域で圧媒を介して等方圧を加える処理を行う温間等方圧加圧法に用いられるものであって、図１に示す如く、圧力容器２と、該圧力容器２に収容された断熱体３と、圧力容器２を加熱する加熱ユニット４と、該圧力容器２の内部に圧媒を導入する圧媒供給装置５とを備えている。

圧力容器２は、厚肉成形された円筒状の胴体７と、該胴体７の上下開口を液密状に着脱自在に塞ぐ上蓋８と下蓋９とから構成され、全体として中空の柱状に形成されている。
なお、圧力容器２内に圧媒を供給したときに作用する内圧により、上蓋８と下蓋９には上下方向の軸力が作用することとなるものの、該上蓋８と下蓋９とはプレスフレーム（図示省略）によって支持される。
加熱ユニット４は、圧力容器２の胴体７の外周に配備されたジャケット１１と、該ジャケット１１の上下端部に配管接続された加熱器１２とを備え、これら加熱器１２とジャケット１１の間を熱媒が循環することにより、圧力容器２の胴体７及び圧力容器２の内部は加熱されることとなる。

断熱体３は、円筒状の断熱胴体１４と、該断熱胴体１４の上部開口を塞ぐ上断熱蓋１５と、該断熱胴体１４の下部開口を塞ぐ下断熱蓋１６とを備えて、全体として中空の柱状に形成され、該下断熱蓋１６は圧力容器２の下蓋９の上面に載置されている。
なお、上断熱蓋１５は、圧力容器２の上蓋８の下面に取り付けられて、該上蓋８と共に圧力容器２の胴体７の内側上部に挿入されるような構成であってもよい。また、断熱胴体１４と下断熱蓋１６とを一体構成した有底胴体を構成することも可能である。
これにより、断熱体３に囲まれた空間内に被処理材Ｗを収容するための処理室Ｒが形成される。また、断熱体３は、断熱胴体１４と圧力容器２の間及び上断熱蓋１５と圧力容器２の上蓋８との間に空隙を有して圧力容器２内に収容されており、これにより断熱体３と圧力容器２の間に圧媒を導入可能な圧媒導入空間Ｓが形成される。

上断熱蓋１５の略中央部には、処理室Ｒの中央を上下に貫通する軸心が貫通する位置に貫通孔１５ａが形成されており、該圧媒導入空間Ｓは、貫通孔１５ａを介して処理室Ｒに連通されている。なお、貫通孔１５ａの位置は、断熱体３の上部であればよく、上断熱蓋１５に設ける必要はない。また、貫通孔１５ａの形状も、特に丸孔である必要はない。
また、圧力容器２の下蓋９には、圧媒導入空間Ｓの下端部と圧媒供給装置５とを連通する圧媒導入口１８が形成されている。圧媒供給装置５は、比較的低温の圧媒を圧媒導入空間Ｓに圧送する圧縮ポンプ等により構成されている。なお、圧媒導入口１８の位置は、圧媒導入空間Ｓの下端であることが望ましいが、下部であれば良く、圧力容器２の側面に設けても良い。

また、本実施の形態においては、圧媒として水を採用しているが、水と水溶性油の混合物又はシリコン油を使用しても良い。
本実施の形態は以上の構成からなるものであって、次に、本発明の等方圧加圧装置１を用いた処理工程について説明していく。
本実施の形態の等方圧加圧装置１を用いた温間等方圧加圧法においては、先ず、処理室Ｒ内に被処理材Ｗを収容し、その後、昇温昇圧工程を開始する。該昇温昇圧工程においては、昇温と昇圧とを同時に行うことはせず、それぞれ別々に行うこととしている。

昇温は、加熱器１２によって加熱された熱媒をジャケット１１に循環させることで実施される。
また、昇圧は、圧媒供給装置５を稼働させ、圧媒導入口１８を通じて該圧媒供給装置５より高圧の圧媒を圧媒導入空間Ｓに導入し、該圧媒が圧媒導入空間Ｓから貫通孔１５ａを通じて断熱体３の内側の処理室Ｒに流入することで実施される。
ここで、圧媒供給装置５から圧力容器２に導入される比較的低温の圧媒は、先ず、圧媒導入空間Ｓの下端部に流入する。そして、該圧媒は、圧媒導入空間Ｓを上昇するときにジャケット１１内の熱媒によって十分に加熱された圧力容器２と熱交換を行うことにより加熱され、その後、貫通孔１５ａを介して処理室Ｒに流入する。このとき、処理室Ｒは断熱体３によって形成されているので、該断熱体３を介して処理室Ｒ内外で圧媒の熱交換が行われることは殆どなく、該圧媒の導入によって断熱体３の内側に設けられた処理室Ｒの温度状態が乱されることはない。また、該比較的低温の圧媒は、圧媒導入空間Ｓに存している間に既に高温状態まで加熱された圧媒と混じり合い、また、圧力容器２と熱交換を行うことによって十分に加熱される。このため、圧力容器２内は、比較的低温の圧媒を導入することにより圧媒導入空間Ｓの温度状態が乱されるとしても、該圧媒導入空間Ｓは比較的早期に所望の温度状態に復帰することとなるのである。

これにより、所定の圧力状態からさらなる昇圧を図るべく圧媒供給装置５から比較的低温の圧媒を圧力容器２内に圧送する場合にも、処理室Ｒ内は所定の温度状態に維持されることとなるのである。
また、圧力容器２の胴体７は、ジャケット１１内の熱媒及び高温の圧媒によって高温に維持されることとなり、これによって圧力容器２は高い保温力を発揮することとなる。
上記工程を経て処理室Ｒが被処理材Ｗに必要な温度・圧力状態に達すると、昇温昇圧工程を完了し、保持工程に移行する。該保持工程においては、処理室Ｒ内の温度・圧力状態が被処理材Ｗに必要とされる温度・圧力状態に一定時間保持される。その後、降温工程を経ることにより処理室Ｒ内の被処理材Ｗの処理は完了する。

本実施の形態によれば、比較的低温の圧媒を昇圧に用いているものの、該圧媒の導入によって処理室Ｒ内の温度状態が乱されることはないため、処理室Ｒ内の温度状態は極めて安定したものとなる。また、圧力容器２及び圧媒の双方が効率よく加熱されるため、これによっても安定した温度精度をもって被処理材Ｗの処理が行われることとなる。
また、該圧媒及び圧力容器２がジャケット１１内の熱媒を介して効率よく加熱されるばかりでなく、圧力容器２の観点からみれば、胴体７は外側から熱媒によって加熱されると共に内側には高温の圧媒が接しており、胴体７はこれら熱媒と高温の圧媒によって高温に維持されることとなり、これによって圧力容器２は高い保温性を発揮する。この結果、処理室Ｒを収容する圧力容器２内の温度精度も安定したものとなり、これによっても処理室Ｒ内の温度精度の向上が図られる。

また、圧媒供給装置５は比較的低温の圧媒を導入するものであるため、技術的困難を伴う耐高温高圧用のシール装置を圧媒供給装置５と圧媒導入口１８との連結部等に配備する必要はなく、該連結部等に公知のシール装置を配備する構成であっても十分に圧媒の漏脱を防止することができ、これによって装置構成の簡素化、製造コストの削減を図ることができる。
〈第２の実施の形態〉
本実施の形態においては、図２に示す如く、圧媒導入空間Ｓが、該圧媒導入空間Ｓ内の圧媒を循環させる圧媒循環装置２１に接続されている。

圧媒循環装置２１は、上蓋８に形成されて前記上断熱蓋１５の貫通孔１５ａと対向する位置にて圧媒導入空間Ｓに連通された圧媒流出管２２と、下蓋９に形成されて圧媒導入空間Ｓの下端部に連通された圧媒流入口２３とを備えた管路２４を備え、該管路２４の中途部には、管路２４内を通過する圧媒を加熱可能な加熱装置２５が配備されている。
本実施の形態においては、該昇温昇圧工程の昇温時に圧媒導入空間Ｓ内の圧媒を圧媒循環装置２１に循環させることにより該圧媒は加熱装置２５に加熱されることとなり、これによって圧媒は高温に維持されることとなる。

また、該圧媒が加熱装置２５により高温となることにより、圧力容器２が内側から該圧媒を介して加熱されることとなり、これによって装置の立上げの時間の短縮化並びに圧力容器２の保温性能の向上が図られる。
〈第３の実施の形態〉
図３に示す如く、本実施の形態において、圧媒循環装置２１は、加熱装置２５により加熱された圧媒を圧媒導入空間Ｓに導入可能な第１管路２６と、該圧媒を処理室Ｒに導入可能な第２管路２７と、何れか一方の管路２４に圧媒を供給する状態から他方の管路２４に圧媒を供給する状態に切換可能な切換弁２８とを備えている。

また、下断熱蓋１６は、処理室Ｒの中央を上下に通過する中央軸心上であって前記上断熱蓋１５の貫通孔１５ａと相対する位置に処理室Ｒ内外を貫通する貫通孔１６ａを備えており、第２管路２７は、該貫通孔１６ａに連通されている。
本実施の形態によれば、切換弁２８を操作して加熱装置２５と第２管路２７を連通することにより、加熱装置２５により高温に加熱された圧媒を圧媒導入空間Ｓに導入することなく処理室Ｒに供給することが可能となる。これにより、処理室Ｒの内部及び該処理室Ｒに収容された被処理材Ｗを効果的に加熱することができる。ここで、第２管路２７は処理室Ｒの中央を上下に通過する軸心上に形成された貫通孔１６ａに連通されているので、該貫通孔１６ａから処理室Ｒに流出する圧媒は径外方向に均等に拡散する。これにより、該高温の圧媒の導入によって処理室Ｒ内の径外方向の温度状態が偏る虞はない。

また、切換弁２８を操作して加熱装置２５と第１管路２６を連通することにより、上記第２の実施の形態の如く加熱装置２５により高温に加熱された圧媒を圧媒導入空間Ｓに供給することができる。これによって装置の立上げ時間の短縮化並びに圧力容器２の保温性能の向上が図られる。
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、ジャケット１１を圧力容器２の上蓋８及び下蓋９に配備し、該ジャケット１１に熱媒を通過させてこれらを加熱する構成を採用する場合にも、本実施の形態と同様の効果を奏する。また、圧媒導入口１８、圧媒流入口２３、第１管路２６及び第２管路２７は、圧媒導入空間Ｓの下端部と連通する構成であれば、圧力容器２の胴体７に配備することも可能である。

本発明の等方圧加圧装置の第１の実施の形態の正面断面図である。本発明の等方圧加圧装置の第２の実施の形態の正面断面図である。本発明の等方圧加圧装置の第３の実施の形態の正面断面図である。

符号の説明

１等方圧加圧装置
２圧力容器
３断熱体
４加熱ユニット
５圧媒供給装置
１５ａ連通孔
１８圧媒導入口
２１圧媒循環装置
２５加熱装置
２６第１管路
２７第２管路
２８切換弁
Ｗ被処理材
Ｒ処理室
Ｓ圧媒導入空間

Claims

被処理材を収容する処理室を形成する断熱体と、該断熱体を覆う圧力容器と、該圧力容器を加熱する加熱ユニットと、該圧力容器の内部に圧媒を供給可能な圧媒供給装置とを備え、前記断熱体と圧力容器の間には、前記処理室に連通し且つ圧媒を導入可能な圧媒導入空間が設けられている等方圧加圧装置において、
前記断熱体の上部に形成された連通孔を介して前記処理室に前記圧媒導入空間が連通され、前記圧力容器の下部に形成された圧媒導入口を介して前記圧媒導入空間に前記圧媒供給装置が連通されていることを特徴とする等方圧加圧装置。
前記圧媒導入空間には、圧媒導入空間内の圧媒を循環させる圧媒循環装置が接続されており、該圧媒循環装置に前記圧媒を加熱可能な加熱装置が配備されていることを特徴とする請求項１に記載の等方圧加圧装置。
前記圧媒循環装置は、加熱装置により加熱された圧媒を前記圧媒導入空間に導入可能な第１管路と、該圧媒を前記処理室に導入可能な第２管路と、何れか一方の管路に圧媒を供給する状態から他方の管路に圧媒を供給する状態に切換可能な切換弁とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の等方圧加圧装置。